[發明專利]一種多遮擋環境下無人機視頻目標智能伴飛方法

在審

• 申請號: 202210096456.7
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114463301A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 陳鯤;江城;馮濤;陳爽
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0九研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/246;G06T7/70;G06T5/40;G06N20/10;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 石夢雅;張彩錦

本發明提供了一種多遮擋環境下無人機視頻目標智能伴飛方法，屬于無人機偵察領域。該方法具體為：根據無人機回傳的圖像確定是否存在完整的伴飛目標，若是，對下一幀目標位置進行預測，若否，根據量化直方圖預測下一幀目標位置并計算遮擋因子，若遮擋因子小于閾值，將下一幀目標位置代入下一步，若遮擋因子大于或等于閾值則利用最小二乘支持向量機預測下一幀目標位置，并將其代入下一步；根據下一幀目標位置獲得伴飛目標定位數據并計算無人機與伴飛目標的距離，然后根據其下發飛行控制指令或保持懸停。本發明提出在伴飛目標被遮擋的情況下利用遮擋因子的大小判斷遮擋程度，從而能夠在遮擋環境下實現伴飛目標的準確跟蹤，以避免伴飛目標丟失的問題。

技術領域

本發明屬于無人機偵察領域，更具體地，涉及一種多遮擋環境下無人機視頻目標智能伴飛方法。

背景技術

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，目前已經廣泛應用于陸地或者海洋空中偵察、監視、通信、反潛和電子干擾等領域中，無人機伴飛是指通過無人機所攜帶的前向攝像機對目標進行定位，并估計目標的運動狀態，從而反過來控制無人機的飛行軌跡，達到伴隨飛行的目的。隨著無人機的廣泛應用，如田徑、滑雪、劃艇等極限運動拍攝和日常生活記錄等，無人機伴飛具有重要的研究意義和發展前景。

目前，無人機伴飛技術主要根據傳統的GPS定位與圖像目標定位的方法來計算無人機與伴飛目標的距離、相對方位，相對速度等信息，從而快速調整無人機的飛行速度和方向，保持與伴飛目標的相對距離在小范圍內變化，實現無人機伴飛。目標檢測和跟蹤技術是無人機航拍領域的重要研究方向，遮擋是其在實現過程中最棘手的問題之一。在視頻跟蹤中，由于目標的動態變化、背景的復雜多變以及其他不確定因素，穿越性遮擋特別常見。現有的無人機伴飛方法對于多遮擋環境是基本失效的，無法準確對伴飛目標進行定位，因此，在多遮擋環境中，無人機伴飛功能的可靠性需要得到提升，伴飛方法需要做適應性調整。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種多遮擋環境下無人機視頻目標智能伴飛方法，旨在解決現有的無人機伴飛方法對多遮擋環境失效，導致伴飛目標丟失的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種多遮擋環境下無人機視頻目標智能伴飛方法，該方法包括如下步驟：

S1根據無人機回傳的圖像確定是否存在完整的伴飛目標，若是，則對伴飛目標的下一幀目標位置進行預測并進入步驟S3，若否，則進入步驟S2；

S2根據無人機回傳的圖像生成伴飛目標量化直方圖，然后利用MeanShift算法根據所述伴飛目標量化直方圖預測下一幀目標位置并計算遮擋因子，若遮擋因子小于閾值，則將下一幀目標位置代入步驟S3中，若遮擋因子大于或等于閾值則利用最小二乘支持向量機預測下一幀目標位置，并將其代入步驟S3中；

S3根據步驟S1或S2獲得的下一幀目標位置獲得伴飛目標定位數據，根據無人機當前定位數據以及伴飛目標定位數據，計算無人機與伴飛目標的距離，并判斷其是否大于預設距離，若是，則下發無人機飛行控制指令，然后返回步驟S1，若否，則保持懸停并返回步驟S1；

S4重復步驟S1～S3以進行無人機視頻目標智能伴飛，若連續預設幀數的圖像均利用最小二乘支持向量機進行預測，則認定跟蹤失敗。

作為進一步優選的，步驟S1包括如下子步驟：

S11收集無人機回傳的圖像并進行圖像預處理；

S12通過卷積神經網絡模型進行特征提取，判定是否存在伴飛目標，若是，則進入步驟S13，若否，則進入步驟S2；

S13利用目標檢測器對預處理后的圖像進行檢測，以預測下一幀目標位置并進入步驟S3。

作為進一步優選的，步驟S11中，無人機回傳的圖像包括RGB圖像和紅外圖像，通過灰度化和均值濾波法實現圖像預處理。